DE102007024617A1

DE102007024617A1 - Wärmetauschmodul und Getriebe

Info

Publication number: DE102007024617A1
Application number: DE102007024617A
Authority: DE
Inventors: Cornelius Dr. Mertzlufft-Paufler; Steffen Saar
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: DE102007024617B4

Abstract

Ein Wärmetauschmodul ist durch eine Öffnung eines Getriebegehäuses führbar und mit einer Grundplatte in die Öffnung einschraubbar. Das nach innen in den Ölsumpf ragene Wärmetauschmodul weist ein Flügelrad auf, das elektrisch oder durch die Strömung des Wärmetauschkreislaufs angetrieben wird und somit das Öl des Ölsumpfs bewegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wärmetauschmodul und ein Getriebe.
Aus der US 3 029 661 ist ein Allzweck-Getriebe bekannt, bei dem eine Pumpe aus dem Ölsumpf über eine Rohrleitung an der Außenwand Öl an einen extern angebrachten Wärmetauscher pumpt zur Kühlung des Öls. Das gekühlte Öl fließt über ein weiteres Rohr zurück in den Ölsumpf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schmierkreislauf eines Getriebes zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Wärmetauschmodul nach den in Anspruch 1 oder 4 und bei dem Getriebe nach den in Anspruch 23 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung eines Wärmetauschmoduls sind, dass ein erstes Medium vorgesehen ist und ein zweites Medium vorgesehen ist, wobei das zweite Medium durch eine Trennwand zumindest teilweise begrenzt ist, und wobei zwischen erstem Medium und zweitem Medium über einen ersten Bereich der Trennwand Wärme austauschbar ist, wobei ein Umwälzelement oder ein Strömungsantriebselement vorgesehen ist zum Umwälzen oder Bewegen des zweiten Mediums, und ein Antriebselement vorgesehen ist, wobei das Umwälzelement oder Strömungsantriebselement mit dem Antriebselement durch einen zweiten Bereich der Trennwand berührungslos gekoppelt ist und von dem Antriebselement antreibbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass einerseits eine Trennwand als Abgrenzung verwendbar ist, die eine Durchmischung von erstem und zweiten Medium verhindert, und andererseits das zweite Medium durchmischbar ist durch ein Umwälzelement, für das ein Antriebselement außerhalb der Trennwand, also getrennt vom zweiten Medium und vor diesem geschützt, angeordnet ist. Das erste Medium ist vorteilhaft als Fluid eines Kühl- und/oder Heizkreislaufs verwendbar, das zweite Medium als Schmiermittel eines Getriebes oder als Flüssigkeit in einem Reservoir oder als Gas in einer Klimaanlage. Im Falle eines Getriebes ist der Schmierkreislauf verbessert, da die Kühlung durch einen verbesserten Wärmeübergang leistungsfähiger ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Antriebselement durch das erste Medium bewegt, also angetrieben. Von Vorteil ist dabei, dass eine zusätzliche Antriebseinheit mit beispielsweise elektrischem Antrieb verzichtbar ist. Vielmehr ist Bewegungsenergie aus einem strömenden ersten Medium teilweise nutzbar zur Umwälzung des zweiten Mediums. Ist das zweite Medium ein Schmieröl eines Getriebes, so ist der Schmierkreislauf verbessert, da die Schmierölkühlung robuster ausgebildet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Umwälzelement oder Strömungsantriebselement als Flügelrad ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Mittel zum Durchmischen des zweiten Mediums bereitgestellt ist. Allgemein wird unter Flügelrad ein direkt oder über eine Getriebe angetriebenes, rotierendes Bauteil verstanden, das aufgrund seiner geometrischen Ausformung, insbesondere das Vorhandensein von Flügeln und/oder Schaufeln, durch die Drehbewegung eine Flüssigkeit oder ein Gas in strömende Bewegung versetzt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Fußteil mit einer Grundplatte und mindestens ein an der Grundplatte befestigtes Wärmetauschelement umfasst, durch das eine Flüssigkeit strömt, wobei eine Gehäuseöffnung durch die Grundplatte abdeckbar ist und wobei ein erstes Flügelrad vorgesehen ist, mit dem die Wärmetauschleistung des Wärmetauschmoduls erhöhbar ist. Somit ist die Kühlung eines Schmieröls in einem Getriebe verbesserbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Grundplatte Mittel zur Befestigung an der Gehäuseöffnung auf, insbesondere ein Gewinde zum Einschrauben in die Gehäuseöffnung, und wobei das Wärmetauschelement durch die Gehäuseöffnung führbar. Somit ist ein Wärmetauschmodul bereitgestellt, das einfach nachrüstbar und integrierbar ist in den Kühlkreislauf eines Getriebes oder in den Wärmetauschkreislauf einer Heiz- oder Kühlanlage.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Flügelrad mit einer Antriebseinheit berührungslos, insbesondere magnetisch, gekoppelt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Kopplung beschrieben ist zum Antrieb des Umwälzelements, wobei die Antriebseinheit getrennt und geschützt ist vor einem Kontakt mit einem zweiten Medium.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antriebseinheit zumindest teilweise im Inneren einer Ausformung des Wärmetauschmoduls angeordnet, wobei zumindest ein Teil des ersten Flügelrads die Ausformung auf der Außenseite umschließt. Somit ist vorteilhaft eine kompakt ausgebildete Koppeleinrichtung bereitgestellt, die robust ist und nach außen geschützt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ausformung auf der Außenseite ein Aufnahmeteil, insbesondere einen Aufnahmezapfen, auf, auf dem das erste Flügelrad drehbar gelagert ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein kompaktes, aktives Wärmetauschmodul bereitgestellt ist, das ein Umwälzelement umfasst zur Erhöhung des Wärmeübergangs von einem ersten Medium auf ein zweites Medium oder umgekehrt, insbesondere von einem Kühlmittel auf ein Schmiermittel oder von einem Kühlmittel oder einer Heizflüssigkeit an die in einer Klimaanlage beförderte Luft.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kopplung durch zwei konzentrisch angeordnete, magnetische Bauteile bewirkt. Von Vorteil ist dabei, dass eine kompakte Koppeleinrichtung für Drehbewegungen ausgebildet ist, mit dem ein Umwälzelement in Drehbewegung versetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die konzentrisch angeordneten, magnetischen Bauteile jeweils in Umfangsrichtung abwechselnde Abschnitte unterschiedlicher, insbesondere gegensätzlicher, magnetischer Orientierung auf, wobei die hierdurch in beiden konzentrisch angeordneten, magnetischen Bauteilen aufeinander abgestimmt sind. Somit ist auf einfache Weise sichergestellt, dass eine Drehbewegung des einen magnetischen Bauteils eine Drehbewegung des jeweils anderen nach sich zieht, da sich entgegengesetzt orientierte Abschnitte jeweils anziehen. Ein mit dem einen magnetischen Bauteil verbundenes Strömungsantriebselement ist somit durch ein mit dem anderen magnetischen Bauteil verbundenen Antriebselement berührungslos antreibbar, ohne dass eine zwischen den magnetischen Bauteilen angeordnete, dicht abschließende Trennwand merklich stören würde.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen den magnetischen Bereichen eine nichtmagnetische Trennwand, insbesondere ein Spalttopf, angeordnet, die den Flüssigkeitskreislauf abschließt und begrenzt. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Mittel, ein Spalttopf oder eine zylinderförmige, topfförmige Ausstülpung, verwendbar ist zur Behausung des Antriebselements und zur Abgrenzung gegen das zweite Medium.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Antriebseinheit einen Elektromotor. Von Vorteil ist dabei, dass ein Umwälzen des zweiten Mediums elektrisch steuerbar ist, zum Beispiel als Stellglied einer Temperaturregelung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Antriebseinheit ein zweites Flügelrad, das von der Strömung der Flüssigkeit angetrieben wird. Von Vorteil ist dabei, dass ein elektrischer Antrieb verzichtbar ist, insbesondere also eine Zuführung elektrischer Energie. Insbesondere kann somit die Antriebseinheit vollständig gekapselt im Inneren des zweiten Mediums angeordnet werden, und der Wärmetauschkreislauf ist autark, also ohne zusätzliche Beeinflussung von außen, betreibbar. Beispielsweise ist ein derart ausgebildetes Wärmetauschmodul zur Kühlung eines mit Wasserkraft betriebenen Getriebes einsetzbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das zweite Flügelrad in einer durch das Wärmetauschelement geformten Aufweitung des Strömungsbereichs der Flüssigkeit angeordnet, wobei die Ausformung an der Aufweitung ausgebildet ist. Somit ist vorteilhaft eine kompakte Kopplungseinrichtung geschaffen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Fußteil einen Anschlussdeckel mit Anschlusselementen für einen Flüssigkeitskreislauf, wobei der Anschlussdeckel mit der Grundplatte einen Hohlraum bildet, und dass ein Kopfteil vorgesehen ist, der einen Hohlraum aufweist, und dass Wärmetauschelemente als Röhren ausgebildet sind, wobei die Röhren die Ausnehmung der Grundplatte mit dem Hohlraum des Kopfteils verbinden und wobei im Hohlraum des Kopfteils das zweite Flügelrad angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein kompaktes Wärmetauschmodul mit einfach und robust aufgebautem Fußteil ausgebildet ist, an dem ein erfindungsgemäßes Umwälzelement einsetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Anschlussdeckel eine Trennwand ausgebildet, die den Hohlraum des Fußteils in zwei Kammern unterteilt, wobei in jede Kammer ein Anschlusselement mündet. Vorteilhaft weist der Kopfteil eine Grundplatte und einen Abschlussdeckel auf, wobei am Anschlussdeckel eine Trennwand ausgebildet ist, die den Hohlraum des Kopfteils in zwei Kammern unterteilt, wobei das zweite Flügelrad in einem durch die Trennwand ausgebildeten Verbindungskanal der Kammern des Kopfteils angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass Wärmetauschelement bereitgestellt ist, dessen Wärmetauschmittel-Kreislaufsystem zwei Abschnitte aufweist, zwischen denen Antriebsmittel für ein Umwälzelement angeordnet werden können.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Grundplatte des Fußteils und die Grundplatte des Kopfteils Bohrungen auf, in denen die Röhren befestigt sind, insbesondere durch Einrollen und/oder stoffschlüssig. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Fertigungsverfahren für ein erfindungsgemäßes Wärmetauschmodul einsetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Grundplatte des Fußteils und die Grundplatte des Kopfteils identisch ausgebildet. Von Vorteil ist dabei, dass ein Wärmetauschmodul aus einer geringen Anzahl von Bauteilen zusammensetzbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden die Röhren einen Käfig, in dem das erste Flügelrad angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass das erste Flügelrad geschützt angeordnet ist und dass ein kompaktes Wärmetauschmodul bereitgestellt ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste Flügelrad in einem Bereich außerhalb des von Wärmetauschelementen umschlossenen Bereichs angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass das erste Flügelrad ein zweites Medium aus vom Wärmetauschmodul entfernt liegenden Bereichen auf das Wärmetauschelement zu bewegen kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ragen die Wärmetauschelemente durch eine Getriebegehäuse-Öffnung in den Ölsumpf eines Getriebes und sind von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, wobei die strömende Kühlflüssigkeit das zweite Flügelrad antreibt, das berührungslos, insbesondere magnetisch, an das erste Flügelrad gekoppelt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Schmieröl-Kühlung an einem Getriebe in Form eines kompakten, aktiven Moduls nachrüstbar ist. Aktiv bezieht sich in dieser Schrift auf die Fähigkeit des Moduls, das zweite Medium über den Umfang einer Konvektionsströmung hinaus zu bewegen. Somit ist der Wärmeübergang zwischen erstem und zweiten Medium verbessert.
Wichtige Merkmale der Erfindung eines Getriebes sind, dass als Wärmetauschmodul eine Kühlpatrone vorgesehen ist, und dass ein erstes Medium eine Kühlflüssigkeit ist, und ein zweites Medium ein Ölsumpf ist und ein erstes Flügelrad den Ölsumpf umwälzt. Somit wird vorteilhaft das Festfrieren des zu kühlenden Öls verhindert. Insbesondere wird somit durch den Kühlkreislauf selbst ein Flügelrad angetrieben, welches heißes Öl auf das Kühlelement der Kühlpatrone leitet und somit an dem Kühlelement festgefrorenes, wärmeisolierendes und somit funktionshinderndes Öl von den Rohren des Kühlelements zu lösen.
Die Erfindung ist vorteilhaft einsetzbar bei Vorrichtungen mit einem Wärmetausch zwischen einem ersten und einem zweiten Medium, bei dem das erste Medium in einem Kreislauf oder einem Teil eines Kreislaufs strömt und bei dem das zweite Medium durch ein Umwälzelement durchmischt werden soll. Der Antrieb des Umwälzelements ist dabei geschützt vor dem zweiten Medium angeordnet. Insbesondere ist bei Ausgestaltungen ein elektrischer Antrieb verzichtbar. Die beschriebenen Kopplung verhindert, dass das antreibende, strömende erste Medium etwa durch Undichtigkeiten in Lagern in das zweite Medium gelangt.
Eine nicht erschöpfende Liste der Einsatzmöglichkeiten eines erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls umfasst Getriebe mit Kühlpatronen im Ölsumpf, Flüssigkeitsbehälter mit Heizpatrone im Flüssigkeitstank, Heizungsanlagen, Kühlanlagen mit Kühlelementen im Umluftkreislauf, wobei der Umluftkreislauf insbesondere durch das Umwälzelement antreibbar ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
Es zeigt
1 ein erfindungsgemäßes Wärmetauschmodul,
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls mit Anschlussdeckel,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls mit geschütztem Außenrotor,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls mit quer gerichtetem Außenrotor,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls mit Motorantrieb,
6a ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wärmetauschmoduls mit Kopfteil in Seitenansicht,
6b die Grundplatte des Kopfteils aus 6a in Draufsicht,
6c die Grundplatte des Fußteils aus 6a in Draufsicht.
In den Figuren sind Teile mit ähnlichen Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren zeigen jeweils ein Wärmetauschmodul am Beispiel eines Kühlmoduls, das durch eine Öffnung in einem Getriebegehäuse in einen Ölsumpf ragt. Das Wärmetauschmodul weist Wärmetauschelemente auf, die von einer Flüssigkeit, einem Kühlmittel wie beispielsweise Wasser oder Ammoniak, durchströmt werden zur Kühlung des bis im Ölsumpf.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das ein erfindungsgemäßes Wärmetauschmodul einsetzbar zur Beheizung eines Flüssigkeitsbehälters. In diesem Fall werden die Wärmetauschelemente des Wärmetauschmoduls von einer Flüssigkeit durchströmt, dessen Temperatur über der Temperatur des Flüssigkeit im Behälter liegt, in die das Wärmetauschmodul hineinragt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein erfindungsgemäßes Wärmetauschmodul als Heiz- und/oder als Kühlmodul betreibbar abhängig vom Anwendungsbereich.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist ein erfindungsgemäßes Wärmetauschmodul in montierter Position in einem Getriebe gezeigt.
Ein Fußteil 1 des Wärmetauschmoduls umfasst eine Grundplatte 16, die in einer Öffnung des Getriebegehäuses 70 angeordnet ist. Das Wärmetauschmodul ragt somit in den Innenbereich 71 des Getriebegehäuses 70 hinein.
Die Grundplatte 16 weist ein Gewinde auf, das in ein Gewinde der Öffnung des Getriebegehäuses 70 eingeschraubt wird.
Der Fußteil 1 umfasst weiter ein Dichtelement 17, das die Öffnung des Getriebegehäuses 70 und somit den Innenbereich 71 gegen den Außenbereich 72 des Getriebegehäuses 70 dicht abschließt.
Das Dichtelement 17 ist vorzugsweise einstückig mit der Grundplatte 16 ausgebildet und weist an seiner Außenseite nicht dargestellte Oberflächen auf, die ein sechskantiges Prisma bilden und als Ansatzflächen für einen Maulschlüssel bieten.
An der Grundplatte 16 ist in einer Bohrung ein Wärmetauschelement 2 angebracht. Das Wärmetauschelement 2 mündet auf der einen Seite in ein Anschlusselement 18 und auf der anderen Seite in eine Aufweitung 5, die ihrerseits mit einem weiteren Wärmetauschelement 4 verbunden ist. Das weitere Wärmetauschelement 4 ist ebenfalls in einer Bohrung in der Grundplatte 16 angeordnet und mündet in ein weiteres Anschlusselement 18.
An die Anschlusselemente 18 ist ein Flüssigkeitskreislauf anschließbar. Somit ist das Wärmetauschmodul als Kühlmodul oder als Heizmodul betreibbar. Im Betrieb strömt eine Flüssigkeit durch die Anschlusselemente 18 und durch die Wärmetauschelemente 2 und 4. Vorzugsweise ist der Innenbereich 71 mit Getriebeöl gefüllt, das gekühlt oder erwärmt werden soll. Das Wärmetauschmodul ragt somit in den Ölsumpf des Getriebes hinein. Die Wärmetauschelemente 2 und 4 umschließen einen Bereich 3, in dem der Wärmeübergang vom Getriebeöl an die Flüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf im Wesentlichen erfolgt.
Die Aufweitung 5 geht in einen zylinderförmigen Spalttopf 12 über, der mit einem Aufnahmezapfen 13 versehen ist. Auf dem Aufnahmezapfen 13 ist eine Nabe 14 eines Flügelrads 10 drehbar gelagert. Die Flügel 11 des Flügelrads 10 sind derart gestaltet, das bei einer Drehbewegung des Flügelrads 10 Getriebeöl zu dem umschlossenen Bereich 3 hin oder von diesem weg bewegt wird.
In der Aufweitung 5 und im Inneren des Spalttopfs 12 ist eine Antriebseinheit 19 angeordnet, die ein zweites Flügelrad 6 mit einer Nabe mit magnetischem Bereich 8 aufweist. Das Flügelrad 6 ist drehbar gelagert und im Strömungsverlauf des Flüssigkeitskreislaufs angeordnet. Die Flügel des Flügelrads 6 sind derart gestaltet, dass in der Aufweitung 5 vorbeiströmende Flüssigkeit das Flügelrad 6 in Drehbewegung versetzt.
Die Nabe 14 weist einen ringförmigen magnetischen Bereich 9 auf, der magnetisch an den magnetischen Bereich 8 des zweiten Flügelrads 6 gekoppelt ist. Somit bewirkt eine Drehbewegung des zweiten Flügelrads 6 eine Mitbewegung des ersten Flügelrads 10.
Der Spalttopf 12 schließt den Bereich mit Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufs dicht ab gegen den Innenbereich 71 des Getriebegehäuses 70. Somit sind Undichtigkeiten und Leckagen, etwa durch die Lager einer Drehmomentkopplungseinrichtung, vermieden. Der Spalttopf ist aus unmagnetischem Material, vorzugsweise Aluminium, Messing oder austenitischem Stahl gefertigt.
Die Aufbauten auf der Grundplatte 16, insbesondere die Wärmetauschelemente 2 und 4 sowie das Flügelrad 10, sind in Querrichtung des Wärmetauschmoduls so bemessen, dass das Wärmetauschmodul durch die Öffnung der Gehäusewand 70 einführbar ist.
2 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschmoduls. Eine Grundplatte 16 mit einem Dichtelement 17 ist einsetzbar in eine Öffnung eines Getriebegehäuses. Grundplatte 16 und Dichtelement 17 sind einstückig ausgebildet. An dem Dichtelement 17 ist ein Anschlussdeckel 20 lösbar angebracht und durch Schrauben befestigt. Am Anschlussdeckel 20 ist ein erster Anschlussstutzen 24 und ein zweiter Anschlussstutzen 25 ausgeformt zum Anschluss eines Flüssigkeitskreislaufs.
Grundplatte 16, Dichtelement 17 und Aufsetzdeckel 20 sind Bestandteile des Fußteils des Wärmetauschmoduls.
An der Innenseite des Anschlussdeckels 20 ist eine Trennwand 21 vorgesehen, die den von Anschlussdeckel 20 und Grundplatte 16 mit Dichtelement 17 gebildeten Hohlraum in eine erste Kammer 22 und eine zweite Kammer 23 unterteilt. In die erste Kammer 22 mündet der erste Anschlussstutzen 25, in die zweite Kammer 23 der zweite Anschlussstutzen 24.
Alternativ ist an der Grundplatte 16 auf der Seite des Anschlussdeckels 20 eine Ausnehmung vorgesehen, die mit dem Anschlussdeckel 20 einen Hohlraum bildet, und es ist an der Grundplatte 16 eine Trennwand ausgeformt, die den Hohlraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt.
Ein Wärmetauschelement 2 und ein Wärmetauschelement 4 ist in 2 jeweils in einer Bohrung in der Grundplatte 16 befestigt und mit je einer Kammer verbunden. Das Wärmetauschelement 2 ist mit dem Wärmetauschelement 4 über eine Aufweitung 5 verbunden. Somit ist der Flüssigkeitskreislauf zwischen Anschlussstutzen 24 und Anschlussstutzen 25 geschlossen.
In weiteren Bohrungen in der Grundplatte 16 sind weitere, nicht dargestellte Wärmetauschelemente eingebracht, durch die Flüssigkeit des Flüssigkeitskreislaufs strömt.
In der Aufweitung 5 ist eine Antriebseinheit 19 angeordnet und drehbar gelagert, dass ein Flügelrad 6 und einen magnetischen Bereich 8 umfasst. Der magnetische Bereich ragt in einen zylindrisch geformten Spalttopf 12 aus nichtmagnetischem Material. Der Spalttopf 12 ist an seiner Außenseite mit einem Aufnahmezapfen 13 versehen, auf dem ein Flügelrad 10 gelagert ist. Die Nabe des Flügelrads 10 weist einen magnetischen Bereich 9 auf, der mit dem magnetischen Bereich der Antriebseinheit 19 gekoppelt ist zur Drehmomentübertragung. Die magnetischen Bereiche des Flügelrades 10 und der Antriebseinheit 19 weisen jeweils in Umfangsrichtung sich abwechselnde Abschnitte mit unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen auf, wobei die entstehenden Muster der magnetischen Bereiche derart zueinander passen, dass eine Drehmomentübertragung bewirkt ist.
Somit bewegt durch die Aufweitung 5 strömende Flüssigkeit die Antriebseinheit 19 und über die magnetische Kopplung das Lüfterrad 10. Die Flügel 11 des Lüfterrads 10 sind so ausgebildet, dass eine Drehbewegung des Lüfterrads 10 um den Aufnahmezapfen 13 Öl in der Umgebung des Wärmetauschmoduls an den Wärmetauschelementen 2 und 4 vorbei bewegt. Das Lüfterrad 10 mit den Flügeln 11 und der den magnetischen Bereich 9 umfassenden Nabe mit Lagerung auf dem Aufnahmezapfen 13 bilden somit einen Außenrotor, der eine Flüssigkeit, in diesem Fall das Öl des Ölsumpfs, bewegt zur Verbesserung des Wärmeübergangs von der Flüssigkeit in der Umgebung des Wärmetauschmoduls an die Flüssigkeit in den Wärmetauschelementen oder umgekehrt.
3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschmoduls. Eine Grundplatte 16 formt mit einem Anschlussdeckel 20 einen Hohlraum, der durch eine Trennwand 21 in zwei Kammern 22 und 23 unterteilt wird. Ein erster Anschlussstutzen 25 mündet in die erste Kammer 22, von der in Bohrungen in der Grundplatte 16 befestigte Wärmetauschelemente 4 und 30 abgehen. Das Wärmetauschelement 4 ist mit einem Kopfteil 31 verbunden, das eine Antriebseinheit 19 umschließt und ein Flügelrad 10 auf einem Aufnahmezapfen 13 trägt. Das Flügelrad 10 ist über magnetische Bereiche 9 und 8 an die Antriebseinheit 19 gekoppelt, und die Antriebseinheit 19 wird durch vorbeiströmende Flüssigkeit angetrieben, die von dem Wärmetauschelement 4 zu einem weiteren Wärmetauschelement 2 und von dort in die zweite Kammer 23 und über den Anschlussstutzen 24 zurück in den Kreislauf strömt.
Das weitere Wärmetauschelement 30 ist direkt in die zweite Kammer 23 geführt.
Die Antriebseinheit 19 ist teilweise in einer Aufweitung 19 in dem Kopfteil 31 angeordnet, wobei die Aufweitung 19 durch einen Abschlussdeckel 32 verschlossen ist.
Die Strömung einer Flüssigkeit in dem die Wärmetauschelemente 2 und 4 umfassenden Kreislauf bewirkt somit eine Drehbewegung des Flügelrads 10 mit den Flügeln 11. Die Pfeile deuten eine resultierende Strömung des das Wärmetauschmodul umgebenden Öls an. Es wird somit auch Öl über das weitere Wärmetauschelement 30 bewegt, das nicht am Antrieb des Flügelrads beteiligt ist.
Die Wärmetauschelemente 2, 4 und 30 sind vorzugsweise als teilweise gebogene Röhren ausgebildet. Die Anordnung der Wärmetauschelemente 2, 4 und 30 sowie deren Ausformung ist zur Verdeutlichung des Prinzips dargestellt und hat keine beschränkende Wirkung für die Erfindung.
4 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschmoduls, bei dem die Wärmetauschelemente alternativ geführt sind und bei dem die Flügel 11 des Flügelrads 10 Öl quer zum Wärmetauschmodul bewegt.
Die Wärmetauschelemente 2, 4 und 30 sind mit den Enden in Bohrungen der Grundplatte 16 eingesteckt und anschließend von der Seite des Anschlussdeckels 20 her eingerollt, d. h. in Befestigungsbereichen 40 mit einem Werkzeug derart aufgeweitet, dass eine feste kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist.
5 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschmoduls, bei dem die Antriebseinheit 19 vom Fußteil umfasst ist. Der Spalttopf 12 ist an der Grundplatte 16 ausgeformt. Auf dem Spalttopf 12 ist ein Aufnahmezapfen 13 vorgesehen, der das Flügelrad 10 trägt. Das Flügelrad 10 ist über magnetische Bereiche 8 und 9 mit einer Welle 50 gekoppelt, die durch einen elektrisch betriebenen Motor 51 betrieben wird. Die Welle 50 ist durch Wellenabdichtungen 52 gegen die Kammern 22 und 23 abgeteilt, die ihrerseits jeweils mit einem Anschlussstutzen 24 und 25 verbunden sind.
In die Grundplatte 16 ist ein Bogenrohr 54 eingerollt, das als Wärmetauschelement verwendbar ist.
Weitere, vorzugsweise bogenförmig verlaufende Bogenrohre sind vorgesehen und der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Das Flügelrad 10 bewirkt eine Strömung des Öls im Ölsumpf in Richtung der Pfeile.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind an der Krümmung des Bogenrohrs 54 und an den Anschlussstutzen 24 und 25 jeweils Temperatursensoren angebracht, durch die die Kühlleistung oder Heizleistung des Wärmetauschmoduls überwachbar ist. Das Flügelrad 10 ist somit bei Bedarf elektrisch zuschaltbar zur Verbesserung der Funktion des Wärmetauschmoduls.
Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel ist statt des Motors 51 ein Turbinenrad mit auf der Welle 50 angebrachten Turbinenschaufeln 53 in dem Hohlraum zwischen Anschlussdeckel 20 und Grundplatte 16 angeordnet, durch das das Flügelrad 10 antreibbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel strömt die antreibende Flüssigkeit parallel zu der Drehachse der Antriebseinheit 19, während sie in den übrigen Beispielen tangential zur dem antreibenden Flügelrad 6 strömt.
6a zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Wärmetauschmoduls, bei dem Röhren 66 und 67 in Grundplatten 16 und 68 eingerollt sind.
Die Grundplatten 16 und 68 weisen hierzu auf einem Kreis angeordnete Bohrungen 64 auf.
Auf die Grundplatte 16 ist ein Anschlussdeckel 20 aufgesetzt, der eine Trennwand 21 aufweist. Somit sind eine erste Kammer 22 und eine zweite Kammer 23 gebildet.
Auf die Grundplatte 68 ist ein Abschlussdeckel 69 aufgesetzt, der eine Trennwand 62 aufweist. Somit sind eine dritte Kammer 61 und eine vierte Kammer 60 gebildet.
Die Röhren 67 verbinden die erste Kammer 22 mit der dritten Kammer 61, die Röhren 66 verbinden die vierte Kammer 60 mit der zweiten Kammer 23.
6b zeigt eine Draufsicht auf die Grundplatte 68. Die Trennwand 62, die als Bestandteil des Abschlussdeckels 69 ausgeformt ist und daher gestrichelt dargestellt wurde, bildet eine Öffnung, über die die dritte Kammer 61 mit der vierten Kammer 60 verbunden sind. In der Öffnung ist das Flügelrad einer Antriebseinheit 19 angeordnet. Eine Leitwand 65 bewirkt, dass eine Flüssigkeitsströmung von der dritten Kammer 61 in die vierte Kammer 60 eine definierte Drehung der Antriebseinheit 19 entgegen dem Uhrzeigersinn hervorruft.
Die Röhren 66 und 67 bilden einen zylinderförmigen Käfig, in dessen Innerem ein Lüfterrad 10 angeordnet ist. Das Lüfterrad 10 ist berührungslos magnetisch an die Antriebseinheit 19 gekoppelt und wird von dieser bewegt.
6c zeigt eine Draufsicht auf die Grundplatte 16. Die Trennwand 21, die als Bestandteil des Anschlussdeckels 20 ausgeformt ist und daher gestrichelt dargestellt wurde, teilt die erste Kammer 22 von der zweiten Kammer 23 ab.
In die erste Kammer 22 mündet ein erster Anschlussstutzen 25 des Anschlussdeckels 20, in die zweite Kammer 23 ein zweiter Anschlussstutzen 24.
Somit ist ein Flüssigkeitskreislauf vom zweiten Anschlussstutzen 25 zum ersten Anschlussstutzen 24 gebildet, in dem Flüssigkeit zum Kühlen oder Heizen wie durch Pfeile angedeutet zirkulieren kann.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist an der Grundplatte 68 auf der Seite des Abschlussdeckels 69 eine Ausnehmung vorgesehen, die mit dem Abschlussdeckel 69 einen Hohlraum bildet, und es ist an der Grundplatte 68 eine Trennwand ausgeformt, die diesen Hohlraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Spalttopf und ein Aufnahmezapfen an der Grundplatte 16 ausgebildet, und es ist eine Antriebseinheit mit Turbinenschaufeln wie in 5 gezeigt in dem Hohlraum zwischen Anschlussdeckel 20 und Grundplatte 16 drehbar gelagert. Somit ist ein Flügelrad 63 zusätzlich oder alternativ zum Flügelrad 10 in 6a betreibbar.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Grundplatte 16 und die Grundplatte 68 identisch ausgebildet, insbesondere hinsichtlich des Bohrbilds für die Bohrungen 64. Vorzugsweise ist an beiden Grundplatten ein Spalttopf mit einem Aufnahmezapfen ausgebildet, und es ist je nach Bedarf an einem oder an beiden Aufnahmezapfen ein Flügelrad montierbar, das durch eine im jeweiligen Spalttopf angeordnete, magnetisch gekoppelte Antriebseinheit drehbewegbar ist.

1: Fußteil
2: Wärmetauschelement
3: umschlossener Bereich
4: Wärmetauschelement
5: Aufweitung
6: Flügelrad
8: magnetischer Bereich
9: magnetischer Ring
10: Flügelrad
11: Flügel
12: Spalttopf
13: Aufnahmezapfen
14: Nabe
16: Grundplatte
17: Dichtelement
18: Anschlusselement
19: Antriebseinheit
20: Anschlussdeckel
21: Trennwand
22: Kammer
23: Kammer
24: Anschlussstutzen
25: Anschlussstutzen
30: passives Wärmetauschelement
31: Kopfteil
32: Abschlussdeckel
40: Befestigungsbereich
50: Welle
51: Motor
52: Wellenabdichtung
53: Turbinenschaufel
54: Bogenrohr
60: Kammer
61: Kammer
62: Trennwand
63: Flügelrad
64: Bohrung
65: Leitwand
66: Röhre
67: Röhre
68: Grundplatte
69: Abschlussdeckel
70: Getriebegehäuse
71: Innenbereich
72: Außenbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3029661 [0002]

Claims

Wärmetauschmodul, bei dem ein erstes Medium vorgesehen ist und bei dem ein zweites Medium vorgesehen ist, wobei das zweite Medium durch eine Trennwand zumindest teilweise begrenzt ist, und wobei zwischen erstem Medium und zweitem Medium über einen ersten Bereich der Trennwand Wärme austauschbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Strömungsantriebselement, insbesondere Umwälzelement, vorgesehen ist zur Erzeugung einer Strömung im zweiten Medium, insbesondere zum Umwälzen des zweiten Mediums, und ein Antriebselement vorgesehen ist, wobei das Strömungsantriebselement, insbesondere Umwälzelement, mit dem Antriebselement durch einen zweiten Bereich der Trennwand berührungslos gekoppelt ist und von dem Antriebselement antreibbar ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement durch das erste Medium angetrieben ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsantriebselement, insbesondere Umwälzelement, als Flügelrad ausgebildet ist.
Wärmetauschmodul, umfassend ein Fußteil mit einer Grundplatte und mindestens ein an der Grundplatte befestigtes Wärmetauschelement, durch das eine Flüssigkeit strömt, wobei eine Gehäuseöffnung mittels der Grundplatte abdeckbar ist und wobei ein erstes Flügelrad vorgesehen ist, mit dem die Wärmetauschleistung des Wärmetauschmoduls erhöhbar ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte Mittel zur Befestigung an der Gehäuseöffnung aufweist, insbesondere ein Gewinde zum Einschrauben in die Gehäuseöffnung, und wobei das Wärmetauschelement durch die Gehäuseöffnung führbar.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flügelrad mit einer Antriebseinheit berührungslos, insbesondere magnetisch, gekoppelt ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit zumindest teilweise im Inneren einer Ausformung des Wärmetauschmoduls angeordnet ist, wobei zumindest ein Teil des ersten Flügelrads die Ausformung auf der Außenseite umschließt.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausformung auf der Außenseite ein Aufnahmeteil, insbesondere einen Aufnahmezapfen, aufweist, auf dem das erste Flügelrad drehbar gelagert ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung durch zwei konzentrisch angeordnete, magnetische Bauteile bewirkt ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konzentrisch angeordneten, magnetischen Bauteile jeweils in Umfangsrichtung abwechselnde Abschnitte unterschiedlicher magnetischer Orientierung aufweisen, wobei die hierdurch in beiden konzentrisch angeordneten, magnetischen Bauteilen aufeinander abgestimmt sind.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den magnetischen Bereichen eine nichtmagnetische Trennwand, insbesondere ein Spalttopf, angeordnet ist, die den Flüssigkeitskreislauf abschließt.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit einen Elektromotor umfasst.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit ein zweites Flügelrad umfasst, das von der Strömung der Flüssigkeit angetrieben wird.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Flügelrad in einer durch das Wärmetauschelement geformten Aufweitung des Strömungsbereichs der Flüssigkeit angeordnet ist, wobei die Ausformung an der Aufweitung ausgebildet ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fußteil einen Anschlussdeckel mit Anschlusselementen für einen Flüssigkeitskreislauf umfasst, wobei der Anschlussdeckel mit der Grundplatte einen Hohlraum bildet, und dass ein Kopfteil vorgesehen ist, der einen Hohlraum aufweist, und dass Wärmetauschelemente als Röhren ausgebildet sind, wobei die Röhren die Ausnehmung der Grundplatte mit dem Hohlraum des Kopfteils verbinden und wobei im Hohlraum des Kopfteils das zweite Flügelrad angeordnet ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Anschlussdeckel eine Trennwand ausgebildet ist, die den Hohlraum des Fußteils in zwei Kammern unterteilt, wobei in jede Kammer ein Anschlusselement mündet.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfteil eine Grundplatte und einen Abschlussdeckel aufweist, wobei am Anschlussdeckel eine Trennwand ausgebildet ist, die den Hohlraum des Kopfteils in zwei Kammern unterteilt, wobei das zweite Flügelrad in einem durch die Trennwand ausgebildeten Verbindungskanal der Kammern des Kopfteils angeordnet ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte des Fußteils und die Grundplatte des Kopfteils Bohrungen aufweisen, in denen die Röhren befestigt sind, insbesondere durch Einrollen und/oder stoffschlüssig.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte des Fußteils und die Grundplatte des Kopfteils identisch ausgebildet sind.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren einen Käfig bilden, in dem das erste Flügelrad angeordnet ist.
Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Flügelrad in einem Bereich außerhalb des von Wärmetauschelementen umschlossenen Bereichs angeordnet ist.
Wärmetauschmodul, insbesondere nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschelemente durch eine Getriebegehäuse-Öffnung in den Ölsumpf eines Getriebes ragen und von einer Kühlflüssigkeit durchströmt sind, wobei die strömende Kühlflüssigkeit das zweite Flügelrad antreibt, das berührungslos, insbesondere magnetisch, an das erste Flügelrad gekoppelt ist.
Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wärmetauschmodul nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche umfasst ist.
Getriebe nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschmodul eine Kühlpatrone ist, das erste Medium eine Kühlflüssigkeit ist, das zweite Medium ein Schmierstoff des Getriebes, insbesondere ein Ölsumpf, ist und das erste Flügelrad den Schmierstoff, insbesondere Ölsumpf, in eine Strömung versetzt, insbesondere umwälzt.